2-1000升LNG气瓶系统框架设计及模型分析

2-1000升LNG气瓶系统框架设计及模型分析

秦健平文楚

东风柳州汽车有限公司广西柳州545000

摘要：随着经济社会的不断发展，运输成本及人工成本不断提升，卡车司机在不断的寻找降低燃料成本支出。2-1000升气瓶就是为客户解决降低燃料成本的方案之一，因为气价受时间、地域性影响比较大，2-1000升气瓶提供了长续航的可能，也就意味着有较多加气站的选择空间。

关键词：系统框架、模型分析、双气瓶

1、引言：至2010年以来，市场上出现LNG替换CNG的苗头，为提升续航里程，单气瓶容积从450升、500升到995升、1000升，双气瓶配置从2-450升，2-500升到今天的2-1000升发展。这些体现着市场引导的产品配置升级，产品改良换代。本文根据市场变化，以牵引车2-1000升车载气瓶的实际使用情况，对框架进行设计、建模分析，设计一套系统的框架，不仅满足轻量化要求，同时满足车辆使用各种工况要求。

2、2-1000升气瓶系统框架设计

2.12-1000升气瓶系统简介

2.1框架总成设计

在框架总成中包含不同结构的材料，其中横梁、立梁、斜拉梁、底梁、副梁均采用方钢，箍带总成、气瓶垫板、气瓶撑板、侧板均采用板材。

3、模型分析

3.1模型搭建

该系统总成是通过CATIA三维组件数模，采用前处理工具HyperMesh分析软件解读该几何数模，通过该HyperMesh软件可以有效的控制网格划分。处理后参数：面单元平均尺寸：6mm；体单元平均尺寸：3mm；节点数：30.05万；单元数量：29.1万

3.2材料参数及载荷参数

材料分别选择510L,Q345,Q235;屈服极限(MPa)分别为355，470，370，强度极限(MPa)分别为510，345，235；

载荷参数：垂直：-6g；转向：Z向-1g，Y向5g；制动：Z向-1g，X向-6.6g；刚度：X、Y、Z向±8g

3.2.1垂直冲击工况

在垂直冲击工况下，计算结果箍带总成安全系数6.1，角铁侧板安全系数10.2，框架安全系数4.48，整体安全系数评估4.48，满足材料设计要求。

3.2.2转弯工况

在弯曲工况下，计算结果箍带总成安全系数9.59，角铁侧板安全系数1.5，框架安全系数1.1，整体安全系数评估1.1，满足材料设计要求。

3.3.3制动工况

在制动工况下，计算结果箍带总成安全系数3.6，角铁侧板安全系数3.8，框架安全系数0.9，整体安全系数评估0.9，不满足材料设计要求。

3.3.4刚度

约束条件(Constraint)及载荷条件(Load)为：1、工况1/2：Z向-1g+/-8g；2、工况3/4：Z向-1g，Y向+/-8g；3、工况5/6：Z向-1g，X向+/-8g。

图二分析汇总

3.3.5校验改进

制动工况最小静态安全因子为0.96，小于1，不满足强度设计要求。可在前端支撑杆与副梁焊接处增加三角形筋板，同时在侧板与支撑板焊接的上端增加斜边过渡。改进后制动工况计算结果如图三所示，安全系数大于1，满足设计要求

图三、改进优化图

4结论

本文仅是通过对2-1000升气瓶系统框架进行结构设计、局部优化的措施，并在不同部位选用合适的材料，通过CAE分析校对分析，最终满足设计要求。目前该系统已经通过整车可靠性试验，并实现量产，为客户创造价值。

参考文献：

[1]张文博.重型商用汽车车架轻量化设计[J].汽车实用技术，2012年，第9期：18-22.

[2]张传增.基于Hypermesh有限元分析的桥壳轻量化设计[J].汽车实用技术，2014年第1期：60-64

[3]张希悦.车载LNG气瓶的设计与分析[J].工程技术（文摘版），2017年，第2期289-289